SAC16型瀝青混合料配合比設(shè)計及應(yīng)用效果研究

傅廣文, 李善強(qiáng), 許新權(quán), 方 楊

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心, 廣東 廣州 510042； 2.廣東華路交通科技有限公司, 廣東 廣州 510042)

傅廣文1,2, 李善強(qiáng)1,2, 許新權(quán)1,2, 方 楊1,2

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心, 廣東 廣州 510042； 2.廣東華路交通科技有限公司, 廣東 廣州 510042)

根據(jù)SAC及GAC混合料的級配特點，對SAC — 16和GAC — 16混合料在配合比設(shè)計及應(yīng)用效果等方面進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明：SAC — 16級配在關(guān)鍵篩孔上的通過率較低，級配整體偏粗，形成骨架結(jié)構(gòu)比例較大，密實性和施工均勻性較好，但對原材料、級配、溫度等方面的控制更為嚴(yán)格，條件滿足時，廣東地區(qū)推薦采用SAC — 16施作表面層為宜。

瀝青混合料； SAC — 16； GAC — 16； 級配設(shè)計； 內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 施工均勻性

廣東地區(qū)高溫多雨的氣候特征對瀝青路面質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。為了提高瀝青路面使用性能及耐久性，研究人員在經(jīng)驗累積的基礎(chǔ)上提出了適合該地區(qū)氣候的瀝青混合料級配類型，目前SAC和GAC型瀝青混合料在該地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。SAC是我國自主研發(fā)的多碎石斷級配瀝青混凝土，20世紀(jì)90年代開始在國內(nèi)推廣應(yīng)用，其級配特點是：4.75 mm以上碎石含量占60%～70%，填料含量占6%～10%，當(dāng)碎石含量控制在約70%時，級配屬于緊密接觸骨架密實結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)良的表面構(gòu)造深度和動穩(wěn)定度[1]。GAC是在總結(jié)廣東省工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對該省氣候特點提出的改進(jìn)型密級配瀝青混合料，其平整度合格率較小，設(shè)計原則為“以滿足密水性和均勻性要求為第一目標(biāo)，盡量增加粗集料，力求形成骨架密實結(jié)構(gòu)”[2]。本文介紹了SAC — 16和GAC — 16配合比設(shè)計的差異，通過試驗檢測對兩者的性能指標(biāo)、路用功能指標(biāo)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成以及整體均勻性進(jìn)行了對比分析，可為廣東地區(qū)瀝青路面混合料類型選擇提供一定參考依據(jù)。

1 配合比設(shè)計

1.1 原材料

瀝青采用SBS改性瀝青，集料采用輝綠巖，對SAC — 16和GAC — 16兩種混合料用原材料性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)技術(shù)要求。

1.2 級配設(shè)計

對SAC — 16和GAC — 16進(jìn)行級配設(shè)計，設(shè)計結(jié)果及范圍見表1，設(shè)計級配和級配范圍見圖1。

從SAC — 16和GAC — 16級配對比情況來看，可以發(fā)現(xiàn)：

1) 設(shè)計級配中，從關(guān)鍵篩孔16、4.75、0.075 mm通過率來看，SAC — 16級配較GAC — 16分別偏低2.1、2.6、0.9個百分點，說明在各關(guān)鍵篩孔通過率的控制上，SAC — 16級配相對GAC — 16較粗。

2) SAC — 16設(shè)計級配各篩孔質(zhì)量百分比相對GAC — 16的變化包括以下幾點： ①16～19 mm、9.5～13.2 mm、1.18～2.36 mm三檔料相對增多，增多量排序為9.5 mm>1.18 mm>16 mm； ②其余各檔料比例相對減少，減少量排序為13.2 mm>0.6 mm>2.36 mm>0.3 mm>0.15 mm>0.075 mm=4.75 mm。

3) 通過分析各篩孔質(zhì)量百分比的變化，總結(jié)此次SAC — 16設(shè)計級配相對于GAC — 16的特點包括： ①級配調(diào)粗主要是以增加16～19 mm、9.5～13.2 mm含量和降低13.2～16 mm含量實現(xiàn)，4.75～9.5 mm含量變化不大； ②細(xì)集料比例降低主要以增加1.18～2.36 mm含量和降低其他各檔細(xì)料含量實現(xiàn)； ③級配調(diào)粗部分所形成空隙主要由間隔一檔或幾檔料填充，而非次級集料； ④2.36～4.75 mm是級配組成中對級配穩(wěn)定性影響較大的一個因素，降低其含量后采用增加1.18～2.36 mm顆粒進(jìn)行替代； ⑤1.18～0.075 mm各篩孔含量隨粒徑減小，顆粒含量降低程度逐級減?。?⑥含量增加的料僅為三檔，含量減少的料除填料外包括七檔，說明集料含量減少部分向某幾檔料集中，形成粒徑相對單一化趨勢。

表1 設(shè)計級配及控制范圍比較混合料類型級配類型通過下列篩孔(mm)通過率/%191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075設(shè)計級配100.095.480.755.834.926.117.613.810.28.46.1SAC—16級配上限100100907040312420171510級配下限100957555302216121086設(shè)計級配10097.579.158.737.527.721.516.311.99.67.0GAC—16級配上限10010085684635292318138級配下限10095654728181512864級配線差值02.1-1.62.92.61.63.92.51.71.20.9各篩孔增加量02.1-3.74.5-0.3-12.3-1.4-0.8-0.5-0.3

圖1 設(shè)計級配和級配范圍

1.3 配合比設(shè)計及性能驗證

采用馬歇爾設(shè)計方法進(jìn)行配合比設(shè)計，確定最佳油石比，在最佳油石比條件下各項馬歇爾試驗技術(shù)指標(biāo)見表2，性能驗證見表3。

從設(shè)計結(jié)果來看：

1) 兩種混合料的馬歇爾各項技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

表2 馬歇爾試驗技術(shù)指標(biāo)混合料類型油石比/%空隙率/%礦料間隙率/%飽和度/%穩(wěn)定度/kN流值/(0.1mm)SAC—164.804.013.871.314.533.8GAC—164.804.314.369.913.335.3

2) 相同油石比下，SAC — 16的空隙率、礦料間隙率相對于GAC — 16略偏小，飽和度略偏大，SAC — 16在級配更粗的情況下混合料更為密實，且有足夠的礦料間隙率和瀝青飽和度。

3) SAC — 16穩(wěn)定度相對GAC — 16偏大，流值偏小，在高溫條件下，抵抗變形能力較強(qiáng)。

表3 性能驗證試驗混合料類型殘留穩(wěn)定度比/%凍融劈裂比/%動穩(wěn)定度/(次·mm-1)SAC—1695.291.211200GAC—1689.191.99500

由性能驗證結(jié)果可知：

1) SAC — 16殘留穩(wěn)定度較大，延長高溫影響的時間，SAC — 16穩(wěn)定度降低程度相對較小。

2) SAC — 16與GAC — 16凍融劈裂比(TSR)相當(dāng)，說明經(jīng)一次凍融循環(huán)前后，兩種混合料抗劈裂能力變化相近，在該試驗條件或受力方式下，兩種材料TSR指標(biāo)變化不存在明顯變化。

3) SAC — 16動穩(wěn)定度相對于GAC — 16略較高，說明在相同溫度條件和相同荷載條件下，SAC — 16抗車轍變形能力較強(qiáng)。

2 施工效果比對

2.1 施工性能指標(biāo)

SAC — 16和GAC — 16上面層施工后，對兩種混合料的主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表4。

表4 路用性能指標(biāo)檢測對比混合料類型空隙率平均值/%壓實度代表值/%構(gòu)造深度平均值/mm平整度合格率/%滲水合格率/%SAC—164.87898.6561.0091.285.1GAC—164.95099.0500.9096.281.1

對比兩者路用性能主要指標(biāo)，存在一定差別，主要表現(xiàn)為：

1) SAC — 16空隙率均值較小，說明其整體密實性較好，另外由于SAC — 16細(xì)料較少，使得壓實度超百現(xiàn)象較少，從而算得的壓實度代表值較小。

2) 統(tǒng)計結(jié)果中，SAC — 16構(gòu)造深度平均值較大，滲水合格率較大，平整度合格率較小，說明SAC — 16表面粗糙且密實，抗滑性能和抗水損害能力較強(qiáng)，但行車舒適性會受到一定影響。

2.2 芯樣內(nèi)部組成和均勻性

沿水平方向?qū)π緲舆M(jìn)行切割，對比分析兩種級配混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，芯樣切面比較情況見圖2。

a) SAC — 16顆粒均勻分布試件

b) SAC — 16粗離析試件

c) SAC — 16細(xì)離析試件

d) GAC — 16顆粒均勻分布試件

e) GAC — 16粗離析試件

f) GAC — 16細(xì)離析試件

由圖2可知：

1) SAC — 16顆粒分布均勻試件中粗集料含量較充裕，分布均勻，細(xì)集料及瀝青膠漿剛好填充粗集料之間的空隙，密實性較好，內(nèi)部顆粒組成接近骨架密實結(jié)構(gòu)；GAC — 16顆粒分布均勻試件中也有相當(dāng)?shù)拇旨?，能形成一定骨架結(jié)構(gòu)，密實性較好，但局部位置細(xì)料集中。

2) SAC — 16粗離析試件中粗集料偏多，粗集料之間形成部分空隙，局部區(qū)域有少量細(xì)料富余，主要與施工溫度偏低、瀝青膠漿無法自由流動有關(guān)；而GAC — 16粗離析試件中粗集料堆積也形成了部分空隙，但其他較密實區(qū)域由較多2.36～9.5 mm顆粒充斥，無明顯富余瀝青膠漿，產(chǎn)生了較明顯的粗顆粒與細(xì)料分離現(xiàn)象。

3) SAC — 16細(xì)離析試件中細(xì)集料集中，細(xì)集料四周仍有相當(dāng)一部分粗集料，以懸浮形式存在，說明細(xì)集料離析現(xiàn)象并不嚴(yán)重；GAC — 16細(xì)離析試件中細(xì)集料集中，細(xì)集料四周有少量粗集料存在，說明細(xì)集料與粗顆粒分離后產(chǎn)生了較明顯的細(xì)料成團(tuán)現(xiàn)象。

4) 對比SAC — 16和GAC — 16芯樣，可以推斷，SAC — 16級配中粗集料較多，粗顆粒分布均勻且有嵌擠趨勢，不易產(chǎn)生細(xì)離析，接近骨架密實結(jié)構(gòu)；而GAC — 16級配偏細(xì)，骨架比例相對較低，顆?；旌铣潭容^大，易導(dǎo)致粗、細(xì)集料分離，接近于懸浮密實結(jié)構(gòu)。

采用無核密度儀對SAC — 16和GAC — 16兩種混合料上面層施工后的均勻性進(jìn)行檢測評價。無核密度儀判定均勻性方法： ①標(biāo)定，用無核密度儀測定路面某一點密度，測定方法是以該點中心劃直徑為20 cm圓，測得圓上垂直方向4個點和中心點的密度，取其平均值作為無核密度，以該點為中心取出芯樣，采用網(wǎng)籃法測定毛體積密度，按上述步驟隨機(jī)均勻測得至少15個點的無核密度和毛體積密度，作出相關(guān)曲線，確定相關(guān)關(guān)系； ②檢測，對施工路段隨機(jī)選取某一段，縱向110 m長，橫向為施工全幅寬，以縱向間距為10 m，橫向間距為路幅寬度/10，將檢測區(qū)域分成小格，檢測縱橫各交點處的無核密度；③判定，確定每點無核密度，采用標(biāo)定公式計算毛體積密度，結(jié)合最大理論密度，計算空隙率，依據(jù)空隙率采用表5判定離析程度。

表5 無核密度儀離析判定方法離析程度空隙率/%離析程度空隙率/%細(xì)離析3中度離析6～9非離析3～6嚴(yán)重離析9

均勻性統(tǒng)計結(jié)果見表6。

從表6可以發(fā)現(xiàn)：

1) 此次均勻性檢測評價中，SAC — 16細(xì)離析區(qū)

表6 施工均勻性統(tǒng)計對比%混合料類型細(xì)離析非離析粗離析SAC—162908GAC—16147610

僅占2%，低于GAC — 16；非離析區(qū)占90%，高于GAC — 16；粗離析區(qū)占8%，略低于GAC — 16，因此，SAC — 16施工均勻性優(yōu)于GAC — 16，檢測結(jié)果與芯樣切面分析的推斷結(jié)論一致。

2) 級配差異是產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要因素之一。SAC — 16級配采用多碎石結(jié)構(gòu)，級配設(shè)計中一方面提高粗集料的絕對含量，另一方面提高粗集料中9.5～13.2 mm碎石的相對含量及顆粒數(shù)量，使得其粗集料的顆粒組成較為單一，少量細(xì)料及膠漿混合物裹附于粗集料表面，在施工時產(chǎn)生離析的可能性會明顯降低；而GAC — 16級配中各種粒徑顆粒的分布程度相對均勻，混合程度較大，施工時產(chǎn)生離析可能性則相應(yīng)提高。因此，產(chǎn)生離析的關(guān)鍵因素是不同粒徑集料的混合程度，混合程度越大，產(chǎn)生離析可能性越大，反之，粒徑越單一，產(chǎn)生離析可能性越小，另外級配粗細(xì)程度不應(yīng)作為判定是否產(chǎn)生離析的依據(jù)。

3) SAC — 16級配較粗，施工時若級配控制不準(zhǔn)或溫度控制不理想，容易造成碾壓不密實，空隙較大，導(dǎo)致路面水穩(wěn)定性下降；而GAC — 16細(xì)料較多，施工時壓實度和空隙率相對容易控制，水穩(wěn)定性更容易得到保障，因此，施工過程中的質(zhì)量控制是確保SAC — 16應(yīng)用效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 結(jié)語

1) SAC — 16相對GAC — 16在關(guān)鍵篩孔上的通過率較低，增加粗集料形成的空隙應(yīng)間隔一檔或幾檔進(jìn)行填充，0.075～1.18 mm細(xì)料由粗到細(xì)含量降低程度宜逐漸遞減。

2) 就配合比設(shè)計馬歇爾指標(biāo)、性能驗證指標(biāo)以及路用表面功能指標(biāo)來看，SAC — 16高溫性能、抗滑性能以及抗水損害能力均較高。從芯樣內(nèi)部組成及施工均勻性來看，SAC — 16趨近于骨架密實結(jié)構(gòu)，路面整體施工均勻性較好。

3) SAC — 16級配較粗，在施工控制上的要求更嚴(yán)格，但鑒于其具備優(yōu)良路用性能及施工均勻性，當(dāng)條件允許時，在廣東地區(qū)推薦采用SAC — 16瀝青混合料施作高速公路表面層。

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2016-06-12

傅廣文(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事公路試驗檢測、路面結(jié)構(gòu)與材料研究、技術(shù)咨詢等工作。

1008-844X(2017)01-0045-03

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